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            amsmath,
			amsfonts}%用于书写数学公式

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\usepackage{url}%超链接宏包
\usepackage{array}%三线表的宏
\usepackage{ctex}% 导入中文宏 可以使用字体{\songti 宋体}{\heiti 黑体}{\fangsong 仿宋}{\kaishu 楷书}
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\usepackage{subfigure}%用于排版多张图片
\usepackage{float}%用于排版图片位置
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\usepackage{graphicx}%在指定文件夹进行搜索
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\usepackage[colorlinks,
            linkcolor=red,
            anchorcolor=blue,
            citecolor=blue]{hyperref}
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\bibliographystyle{unsrt}  %设置参考文献编码格式
% \newcommand{\song}{\CJKfamily{song}}	% 宋体
% \fontsize{12pt}{18pt}\selectfont	% 小四，1.5倍行距
%自定义函数
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\newcommand{\rmnum}[1]{\romannumeral #1}
\newcommand{\Rmnum}[1]{\expandafter\@slowromancap\romannumeral #1@}
\makeatother

\renewcommand{\contentsname}{\zihao{3} 目\quad 录}
\renewcommand{\abstractname}{\zihao{3} 摘\quad 要}
\newcommand{\RNum}[1]{\uppercase\expandafter{\romannumeral #1\relax}}%正文内插入罗马数字  使用\RNum{1}插入想要的罗马数字

%页眉页脚设置
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%单线页眉
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%双线页眉
\makeatletter 
\def\headrule{{\if@fancyplain\let\headrulewidth\plainheadrulewidth\fi%
\hrule\@height 1.0pt \@width\headwidth\vskip1pt%上面线为1pt粗
\hrule\@height 0.5pt\@width\headwidth  %下面0.5pt粗
\vskip-2\headrulewidth\vskip-2.5pt}      %两条线的距离1pt
  \vspace{6mm}}     %双线与下面正文之间的垂直间距
\makeatother



\fancyhf{}
\cfoot{\thepage}
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\cfoot{\songti\zihao{-5}{\thepage}}
\rhead{\kaishu \centering  过程原理与化工设备课程设计}

%····································


%目录页设置
\titlecontents{section}[0em]{\heiti \zihao{-4}\bf }{\thecontentslabel\ }{}
{\hspace{.5em}\titlerule*[4pt]{$\cdot$}\contentspage}
\titlecontents{subsection}[0em]{\vspace{0.1\baselineskip}\zihao{-4}}{\thecontentslabel\ }{}
{\hspace{.5em}\titlerule*[4pt]{$\cdot$}\contentspage}
\titlecontents{subsubsection}[2em]{\vspace{0.1\baselineskip}\zihao{-4}}{\thecontentslabel\ }{}
{\hspace{.5em}\titlerule*[4pt]{$\cdot$}\contentspage}
%代码设置
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% 多级标题
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 标题名称中文化
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\renewcommand\figurename{\hei 图}
\renewcommand{\tablename}{\zihao{5} \bfseries 表}
%\renewcommand\tablename{\hei 表}
\renewcommand\lstlistingname{\hei 代码}
 
%------------------------------------------------------------------------
%正文部分
\begin{document}

    \thispagestyle{empty} % 当前页不显示页码g
	\begin{titlepage}
		\centering       
		\vspace*{1.75cm}
		\includegraphics[width=10.53cm,height=1.64cm]{lsh.png}\\
		\vspace*{1cm}
		{\fontsize{30pt}\baselineskip 过程原理与设备课程设计}
		\vskip 2 cm

		\vspace*{1cm}
		{\fontsize{20pt}\baselineskip 管壳式换热器工艺设计及选型}
		\vskip 2cm

		% {\fontsize{50pt}\baselineskip 课\qquad\ 程\qquad\ 设\qquad\ 计}
		 \vskip 1 cm
		 \fontsize{19pt}\baselineskip
		 \makebox[30mm]{设计题目}
		 \underline{\makebox[75mm][c]{ \LARGE E11换热器的工艺设计}}\\%在这里修改成自己的题目
		 \vskip 0.9 cm
		 \makebox[30mm]{学生姓名}
		 \underline{\makebox[75mm][c]{冉翔龙}}\\
		 \vskip 0.9 cm
		 \makebox[30mm]{学\qquad\qquad 号}
		 \underline{\makebox[75mm][c]{ \LARGE 2018000000}}\\
		 \vskip 0.9cm
		 \makebox[30mm]{专业班级}
		 \underline{\makebox[75mm][c]{双创\LARGE1803}}\\
		 \vskip 0.9cm
		  \makebox[30mm]{指导教师}
		 \underline{\makebox[75mm][c]{ 老师}}\\
		 \vskip 2cm
		 \LARGE \textbf{\number \year }~年~\textbf{\number\month}~月~\textbf{\number\day}~日	
		 \date{2021-
		 }	 
	\end{titlepage}


% 摘要
% \renewcommand\thepage{--~\Roman{page}~--}
% \pagenumbering{Roman}%设置页码格式，大写字母标页
% \pagestyle{plain}
\pagenumbering{Roman}
\thispagestyle{plain}% 当前页显示页码
\begin{abstract}

 	\zihao{-4}

	\par 在石油化工、化学工业、能源工业等领域内, 换热器是应用最广泛的热量交换装备。
	在大型石油化工领域，换热器的投入占总投资的${20\%\sim40\%}$,由于浮头式换热器管束清洗方便，管束在使用过程中温差膨胀而不受壳程约束，不会产生温差应力，故被广泛使用。
	
	本文设计给定流体的换热装置，要使换热装置的效能达到最大化，成本最优。本文围绕着这一主旨进行设计，通过计算和查找，得到最适宜的换热装置。
	通过给定流体的定性密度可知，两种流体均为气体。本文通过计算选出指定型号的换热器，泵和管道。

    换热器的工艺计算有三种计算模式，即设计、校核和模拟。常用的是设计与校核计算模式；设计计算的目的是根据给定的工艺参数选择热负荷，确定换热面积和部分换热器的结构尺寸；
	校核计算的目的是对已有的换热器，校核它是否满足预定的换热要求，这是属于换热器的性能计算问题。
	由于笔者能力有限，故只进行了换热器的设计部分。由于该过程需要进行反复校验达到最优效果，个人通过建立合适的模型\cite{RA8}，使用科学计算，使得计算效率得到很大的提升。
	matlab代码内附于附录\ref{fulu2}。
	\\[0.5cm]
	\textbf{关键字}：\quad 浮头换热器 \quad 设计 \quad matlab \quad 热负荷 \quad 传热面积余量
	

  
\end{abstract}


% 目录
\newpage
% \renewcommand\thepage{--~\Roman{page}~--}
% \pagenumbering{Roman}%设置页码格式，大写字母标页
\pagestyle{plain}
\thispagestyle{plain}% 当前页显示页码

\tableofcontents

%-正文-----------------------------------------------------------------------


 \pagestyle{fancy}                   % 设置页眉页脚
%单线页眉
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%双线页眉
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% \def\headrule{{\if@fancyplain\let\headrulewidth\plainheadrulewidth\fi%
% \hrule\@height 1.0pt \@width\headwidth\vskip1pt%上面线为1pt粗
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% \vskip-2\headrulewidth\vskip-2.5pt}      %两条线的距离1pt
%   \vspace{6mm}}     %双线与下面正文之间的垂直间距
% \makeatother
% %····································



% \renewcommand{\footrulewidth}{0.5pt} %页脚线宽，设为0可以去页眉线
% \fancyhf{}
% \cfoot{\thepage}
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% \cfoot{\songti\zihao{-5}{\thepage}}
% \rhead{\kaishu \centering  过程原理与化工设备课程设计}



 \newpage
 \pagenumbering{arabic}%设置页码格式，大写字母标页
 \setcounter{page}{1}
 \section{设计任务书}
 % Please add the following required packages to your document preamble:
% \usepackage{multirow}


\subsection*{设计任务书}

\begin{table}[htbp]
    \centering
	\caption{设计任务书}\label{tab1}
	
	\tabcolsep15pt
	\arrayrulewidth0.5pt
	\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|c|c|}
		\hline
		\multicolumn{8}{|c|}{换热器设计任务书}                                                                                 \\ \hline
		\multicolumn{3}{|c|}{设备名称}              & \multicolumn{3}{c|}{}                      & 设备号        & E11        \\ \hline
		\multicolumn{8}{|c|}{换热器性能数据}                                                                                  \\ \hline
		\multicolumn{4}{|c|}{}                                     & \multicolumn{2}{c|}{管程} & \multicolumn{2}{c|}{壳程} \\ \hline
		
        1  & \multicolumn{3}{c|}{介质名称}                             & \multicolumn{2}{c|}{转换气}   & \multicolumn{2}{c|}{进料气}   \\ \hline
        2  & \multicolumn{3}{c|}{总流量}                              & \multicolumn{2}{c|}{60000 $kg/h$}   & \multicolumn{2}{c|}{}   \\ \hline
        3  & \multicolumn{3}{c|}{流体温度$℃$}                            &      240      &200            &     40       &     180       \\ \hline


		4  & \multirow{5}{*}{气相} & \multicolumn{2}{c|}{密度$kg/m^3$}    & \multicolumn{2}{c|}{10.09}   & \multicolumn{2}{c|}{25.53}   \\ \cline{1-1} \cline{3-8} 
		5 &                     & \multicolumn{2}{c|}{黏度$Pa\cdot s$}     & \multicolumn{2}{c|}{$1.93\times10^{-5}$}   & \multicolumn{2}{c|}{$1.4\times10^{-5}$}   \\ \cline{1-1} \cline{3-8} 
		6 &                     & \multicolumn{2}{c|}{比热容$kJ/(kg·K)$} & \multicolumn{2}{c|}{2.648}   & \multicolumn{2}{c|}{2.585}   \\ \cline{1-1} \cline{3-8} 
		7 &                     & \multicolumn{2}{c|}{导热系数$W/m·K$}  & \multicolumn{2}{c|}{0.109}   & \multicolumn{2}{c|}{0.048}   \\ \cline{1-1} \cline{3-8} 
		8 &                     & \multicolumn{2}{c|}{污垢热阻$m^2·K/W$} & \multicolumn{2}{c|}{3875.96}   & \multicolumn{2}{c|}{10000}   \\ \hline
		9 & \multicolumn{3}{c|}{泡点温度}                             & \multicolumn{2}{c|}{}   & \multicolumn{2}{c|}{}   \\ \hline
		10 & \multicolumn{3}{c|}{露点温度}                             & \multicolumn{2}{c|}{}   & \multicolumn{2}{c|}{}   \\ \hline
		11 & \multicolumn{3}{c|}{潜热}                               & \multicolumn{2}{c|}{}   & \multicolumn{2}{c|}{}   \\ \hline
		\end{tabular}
		
\label {tab:addlabel0}
  
\end{table}%


\subsection*{设计内容要求}

\begin{enumerate}
\item 选择适宜的管壳式换热器类型和工艺流程；
\item 管壳式换热器工艺计算；（包括热负荷、传热平均温度差、程数、总传热系数、传热面积等）；
\item 主要工艺尺寸的确定（包括壳体直径、管壳程进出口接管尺寸），零部件结构选择等；
\item 设计结果一览表或者设计结果概要；
\item 对本设计的总结及有关问题的讨论；
\item 编写设计计算书。


\end{enumerate}











  
 \songti 
  \newpage
  \section{绪论}     
  物质是社会发展的基础, 能源是社会发展的重要推动力。我国的能源问题已经成为制约我国可持续发展的瓶颈，
对此，我国一方面寻找可再生能源，另一方面也着重于对节能技术的研究。

    在过去的工业化进程中, 我们虽然有着卓越的成就, 但是我国总体的能源的利用率并不高。在目前这个时代, 随着能源危机的加剧, 在我们生产过程中使得我们的能源利用率要有着较大的提升。
在能源化工行业, 换热器的使用是我们更高效利用能量的有效方法之一, 我们在面对不同的使用目标环境, 换热器也有相应的改变。



    随着行业的规范, 我们国家也出台了相应的标准, 最新行业标准为是GB-T151-2014,这对于换热器的设计领域有着重要的意义。

    在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
换热器的类型按传热方式的不同可分为:混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最为广泛。
间壁式换热器又分为管壳式和版面式。
	我们设计的是两种气体的换热装置，该装置处理装换气的能力为$60000kg/h$，且该设备的形式为管壳式换热器。其处理能力如下表所示\ref{tab2}：
    通过设计合适的管和壳体，使换热器的成本和换热能力均达到最佳水平。
	
	本设计使用的换热器为浮头式换热器，该换热器管内管外均能承受高压，可适用于高温高压环境。
	% Table generated by Excel2LaTeX from sheet 'Sheet3'

	\begin{table}[htbp]
	
        \centering
		\caption{\zihao{5} \bfseries 设计要求}\label{tab2}%
		
		\begin{tabular}{ccc}
		\toprule%标题上线
				& 入口温度 $℃$ & 出口温度 $℃$\\ 
		\midrule %标题上线
		进料气   & 40    & 180 \\
		转换气   & 240   & 200 \\
	  
		\bottomrule%表格底线
		\end{tabular}%

		 \end{table}%
  





\newpage
\section{设计方案}
\subsection{选择换热器类型}
     两种流体的变化如表\ref{tab2}所示。该设计要求使用管壳式换热器，管壳式换热器有三种，分别是：列管式，套管式，螺旋管式。
    列管式换热器又包含：固定管板式、浮头式换热器、U行管换热器、填料函式和双套管式换热器\cite{RA2}。

在能源化工领域使用最为广泛的是浮头式换热器，该种换热器有着巨大的优点。
壳体与管束的温差不受限制，管束便于更换，同时壳程可以用机械方法进行清扫。

因其换热器的管壁温度和壳体温度温差较大，故使用浮头式换热器\cite{RA9}。

\subsection{流程安排}
\begin{enumerate}

\item 由于影响因素很多，在选择管、壳程的介质时, 应该抓住主要矛盾，首先确定某些介质最好走管程，或最好走壳程。如无特殊要求，然后再加以选择。
\item 对于有特殊要求的介质，例如有腐蚀、有毒性、温度或压力很高以及结垢比较严重时，应按下列原则处理;
\item 腐蚀性介质如走壳程，则管、壳程材质均会遭受腐蚀。因此，一般易腐蚀的介质走管程, 可以降低对壳程材质的要求。
\item 有毒性的走管程, 泄漏机会较少。
\item 当介质的温度或压力很高，以致必须增加金属厚度，或由碳钢改为合金钢时，温度或压力高的走管程。这样可以降低对壳程材质的要求。应该指出，如果介质的温度和压力虽然较高，但仍在换热器标准的允许范围内，则此条可以不必作为主要矛盾来考虑。
\item 容易结垢的介质走管程，因为便于清扫污垢。例如，在冷却器中，一般均为水走管程, 被冷却的介质走壳程。

\end{enumerate}

       根据以上条件，根据现行换热器标准GB/T151-2014\cite{RA5}， 标准两种流体均为气体，且两种流体的密度，比热相差不大，故从两种流体的定性粘度和污垢系数来看，转化气更适合走管程，进料气气更适合走壳层。
	   对于转换气的冷却效果更显著。
	   同时，在此选择并流。选用 $25mm×2.5mm$的碳钢管，管内流速取 $u_1=20m/s$。
\par 
\newpage
\section{工艺计算}
\subsection{确定物性数据}

        定性温度：对于本问题所涉及的两种流体且两种流体的均为低粘度流体。其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
		
		故进料气的定性温度为:
		$$
			T=\frac{T_1+T_2}{2}
		$$

		故转换气的定性温度为:
		$$
			t=\frac{t_1+t_2}{2}
		$$
		其余物性参数如表 \ref{tab1}
\subsection{计算热负荷和平均温度差}
计算热负荷：
\begin{equation}
	\setlength{\abovedisplayskip}{3pt}
	\setlength{\belowdisplayskip}{3pt}
	Q=q_{m1}c_{p1}(T1-T2)
	\end{equation}

平均温度差：
首先计算并流时的平均温度
\begin{equation}
	\setlength{\abovedisplayskip}{3pt}
	\setlength{\belowdisplayskip}{3pt}
	\Delta t_1=T_1-t_1
\end{equation}
\begin{equation}
\Delta t_2=T_2-t_2
\end{equation}

        对数平均温差为：

\begin{equation}
\Delta t_{m}=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2}}
\end{equation}

计算$R$值和$K$值：
\begin{equation}
R=\frac{T_1-T_2}{t_2-t_1}   ,P=\frac{t_2-t_1}{T_1-t_1}
\end{equation}
% #TODO
通过查书表可得$\psi=0.87445$\cite{RA3}
\begin{equation}
\Delta t_{m}=\psi\Delta{m}
\end{equation}

\begin{equation}
	\Delta t_{m}=\psi\Delta{m}
\end{equation}

\subsection{估算传热面积并初选型号}
估算传热面积$A_{0}$参考《化工原理》\cite{RA3}选出合适的传热系数$K_估=180 W/(m^2\cdot K)$
估算传热面积：
\begin{equation}
	A_0=\frac{Q}{K_0 \delta t_m}
\end{equation}

初选型号：
      为了充分利用热量，使转化气走管程，进料气走壳程。管内转化气流速选用$20m/s$,
选用的热管为$\phi25\times 2.5$，其内径$d_1=0.02m$，外径为$0.025m$

估算单程管子根数：
\begin{equation}
	\setlength{\abovedisplayskip}{3pt}
	\setlength{\belowdisplayskip}{6pt}
	n'=\frac{q_{m1}}{\rho \cdot \frac{\pi}{4}d_1^2 u_1}
\end{equation}

根据传热面积$A_0$估算管子长度：
\begin{equation}
	L'=\frac{A_0}{\pi d_2 n'}
\end{equation}

若选用2管程，则每根管长\[l=60000mm\]。由换热器系列标准初选浮头式换热器标号为: BES700-2.5-123.7-6/25-2\RNum{1}%
\quad
管总数$N=256$，每管程的管数$n=134$根，管中心距$t=32mm$，正方形错列。壳体内径$D=700mm$，折流挡板间距$h=250mm$，传热面积$123.7m^2$。

\subsection{校核总传热系数}
\subsubsection{管程对流传热系数}
管内转化气的流速：
\begin{equation}
	u_1=\frac{q_{m1}/ \rho }{\frac{\pi}{4}d_1^2 n}
\end{equation}

雷诺数：
\begin{equation}\label{equ:square1.1}
	Re_1=\frac{d_1 u_1 \rho _1 }{\mu _1}
 	\end{equation}

普朗克数：
\begin{equation}\label{equ:square1.2}
	Pr_1=\frac{c_{p1}\mu_1}{\lambda_1}
\end{equation}

管程的对流传热系数与雷诺数\ref{equ:square1.1}和普朗克数\ref{equ:square1.2}都有关，
\begin{equation}\label{equ:square1.3}
	\alpha_1=0.0023 \frac{\lambda_1}{d_1} Re_1^0.8 Pr_1^0.3 
\end{equation}


\subsubsection{壳程对流传热系数}
壳体最大流通截面积：
\begin{equation}\label{equ:square2.1}
	S=h D(1-\frac{d_0}{t})
\end{equation}

进料气气流量：
\begin{equation}\label{equ:square2.2}
	q_{m_2}=\frac{Q}{c_{p_2}(t_2-t_1)}
\end{equation}

进料气气流速：
\begin{equation}\label{equ:square2.3}
u_2=\frac{q_{m_2}}{\rho _2 S}
\end{equation}

正方形排列的当量直径：
\begin{equation}\label{equ:2.4}
d_e=\frac{4(t^2-\frac{\pi}{4}d_0^2)}{\pi d_0}
\end{equation}

由当量直径公式\ref{equ:2.4},进料气流速\ref{equ:square2.3}和相应物性参数（表\ref{tab1}）可得雷诺数：
\begin{equation}\label{equ:square2.5}
	Re_2=\frac{d_e\rho _2 u_2}{\mu _2}
\end{equation}
\newpage
     通过查《化工原理》图4-53 可得$Nu_2Pr_3^{-\frac{1}{3}}(\frac{\mu_2}{\mu_w})^{-0.14}$\cite{RA3}的数值，设其为$\varepsilon$ 并通过计算可得
普朗克数的数值:
\begin{equation}\label{equ:2.6}
	Pr_2=\frac{c_{p_2}\mu _2}{\lambda}
\end{equation}

由上述式可得雷诺数\ref{equ:square2.5}和普朗克常数\ref{equ:2.6}，将数值带入下式中，可得壳程对流传热系数$\alpha _2$
\begin{equation}\label{equ:2.7}
	\alpha _2=\varepsilon \frac{\lambda _2}{d_e}Pr_2^\frac{1}{3}(\frac{\mu _2}{\mu_w})^{0.14}
\end{equation}

\subsubsection{总传热系数}
      由表\ref{tab1}可得进料气的污垢热阻为$R_{d_1}=0.0001W/(M^2\cdot k)$，转换气的污垢热阻$R_{d_2}=0.000258W/(M^2\cdot k)$，
	  碳钢的热导率为$\lambda=45W/(m\cdot K) $。

     总传热系数$K$与两种流体的污垢热阻$R_d$、对流传热系数$\alpha $、管内外径$d_1$和$d_2$、平均直径$d_m$等相关参数有关
	  
	$K$值的计算：
	\begin{equation}\label{equ:equ3.1}.
		\frac{1}{K}=\frac{1}{\alpha_1 }+R_{d_2}+\frac{bd_2}{\lambda d_m}+R_{d_1}\frac{d_2}{d_1}+\frac{d_2}{\alpha_2 d_1}
		\end{equation}
\subsubsection{传热面积$A$}
由上式\ref{equ:equ3.1}可得到传热系数$K$，将其带入下式中可以求得计算传热面积$A$
\begin{equation}\label{equ:equ4.1}
	A=\frac{Q}{K\varDelta t_m}
\end{equation}

将上式\ref{equ:equ4.1}结果代入计算可得传热裕量：
\begin{equation}
	k =A_1/A
\end{equation}
由于上述过程需要进行反复校验，故本人将其编写了一个matlab\cite{RA4}，用以替代传统计算，以提高效率。
在本小节中所有的计算均可由matlab程序\ref{fulu2}自动进行，但部分参数需要按提示手动输入。
\subsubsection{计算结果}
通过matlab进行计算得到的输出结果如下所示：
\\[5mm]

{\hei\centering


逆流流对数平均温度差 $ \Delta T_m=101.955℃$\label{text:1}

热负荷 \quad $Q=1765333.333W$

$R$,$P $ \quad $ R=0.286$,$P=0.700$

请查P158 请输入矫正系数0.8755

平均温度差$\Delta T_m=89.154℃$

$A$估计\quad $A$估$=160.889  m^2$

请输入管内流速20

估算单程管子根数   $n_1=263.000$根

估算管子长度\quad 管长=8.023 m

壳程流体是否被加热 Y/N 1/01

计算管程传热系数

管内流速   $u_1$=22.279 $m/s$

计算壳程传热系数

壳程的流体的流量  $q_{m2}=4.762$ 

壳程的流体的流速  $u2=3.426m/s$ 

请根据$Re_2$ 进行查表   $Re_2$=174999.730 

对流传热系数计算曲线数值69

普朗克数  $Pr_2$=0.754

总传热系数  $K$=103.104

换热面积$A$=187.253

换热面积比值$\varepsilon$=1.154 


}

\subsection{接管}
\subsubsection{管程进出口管径计算}
本文所选接管的参数参考化工设备一书\cite{RA9}并由matlab计算结果\ref{text:1}可得，将其代入下式进行计算。
\begin{equation}\label{equ；5.1.1}
	d_\text{管}=\sqrt{\frac{q_{m_1}}{\frac{\pi}{4}u_1\rho _1}}
	\end{equation}

	\[
		d_\text{管}=0.2315m
	\]
	
	根据化工原理附录21\cite{RA3}，取$\phi273\times8.5$内径为$256mm$。
    
	  速度核算：
	  \begin{gather}\label{equ:5.1.1}
		u_\text{管}=\frac{4q_{m2}}{\rho_2 \pi d_\text{管}^2}\\ 
		u_\text{管}=13.76m/s \notag
       \end{gather}

	   由上式速度核算与管内计算速度\ref{text:1}进行比较可得$u_\text{管}<u_1$即该接管合格。

	

\subsubsection{壳程进出口管径计算}

\begin{equation}\label{equ；5.2.1}
	d_\text{壳}=\sqrt{\frac{q_{m_2}}{\frac{\pi}{4}u_2\rho _2}}
	\end{equation}

	\[
		d_\text{壳}=0.2262m
	\]
	
	根据化工原理附录21\cite{RA3}，取$\phi273\times10$内径为$253mm$。
    
	  速度核算：
	  \begin{gather}\label{equ:5.2.2}
		u_\text{壳}=\frac{4q_{m2}}{\rho_2 \pi d_\text{管}^2}\\ 
		u_\text{壳}=3.06m/s \notag
       \end{gather}

	   由上式速度核算与管内计算速度\ref{text:1}进行比较可得$u_\text{壳}<u_1$即该接管合格。

\newpage
\section{设计结果}

\begin{table}[hpbt]
	\centering
	\renewcommand\arraystretch{1.5}%将表格高度拉长至原来的1.5倍
	\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|}
	\hline
	\multicolumn{6}{|c|}{换热器形式：列管式换热器}                                                                                                \\ \hline
	\multicolumn{6}{|c|}{工艺参数}                                                                                                        \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{名称}              & \multicolumn{2}{c|}{壳程}                     & \multicolumn{2}{c|}{管程}                     \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{物料名称}            & \multicolumn{2}{c|}{进料气}                      & \multicolumn{2}{c|}{转换气}                     \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{操作压力$Pa$}         & \multicolumn{2}{c|}{0.3M}                   & \multicolumn{2}{c|}{常压}                     \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{操作温度$℃$}          & \multicolumn{2}{c|}{40进\textbackslash{}180出} & \multicolumn{2}{c|}{240进\textbackslash{}200出} \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{流量$kg/h$}         & \multicolumn{2}{c|}{17143.2}                  & \multicolumn{2}{c|}{60000}                  \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{流体密度$kg/m^3$}      & \multicolumn{2}{c|}{25.53}                    & \multicolumn{2}{c|}{10.09}                    \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{流速$m/s$}          & \multicolumn{2}{c|}{3.426}                      & \multicolumn{2}{c|}{22.2}                   \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{传热量$kW$}          & \multicolumn{4}{c|}{1765}                                                                  \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{总传热系数，W/m2·K}    & \multicolumn{4}{c|}{103.104}                                                                  \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{对流传热系数，W/（m2·℃）} & \multicolumn{2}{c|}{116.57}                   & \multicolumn{2}{c|}{1964}                   \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{污垢系数，m2·K/W}     & \multicolumn{2}{c|}{0.00034}                & \multicolumn{2}{c|}{0.000172}               \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{阻力降，Pa}          & \multicolumn{2}{c|}{}                       & \multicolumn{2}{c|}{}                       \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{程数}              & \multicolumn{2}{c|}{1}                      & \multicolumn{2}{c|}{2}                      \\ \hline
	\multicolumn{2}{|c|}{推荐使用材料}          & \multicolumn{2}{c|}{碳钢}                     & \multicolumn{2}{c|}{碳钢}                     \\ \hline
	管子规格                 &                & 管间距，mm                 & 32                 & 管数                     & 472                \\ \hline
	管长mm                 & 6000         & 排列方式                   & 正方形                &                        &                    \\ \hline
	折流板型式                & 弓形             & 间距，mm                  & 300                & 切口高度                   & 231                \\ \hline
	壳体内径，mm              & 900          & 保温层厚度mm                &                    & 换热面积（m2）               & 216.8               \\ \hline
	\end{tabular}
	\end{table}

参考文献：\cite{RN10}
\newpage


% \begin{thebibliography}{0}%参考文献

	
	
% 	% \bibitem{}
	

	

% 	\end{thebibliography}

% \bibliography{test}




\begin{appendices}
	\clearpage
	\phantomsection
	\addcontentsline{toc}{section}{参考文献} %向目录中添加条目，以章的名义
	\bibliography{test.bib}
	

\newpage
\section{符号说明}
\begin{table}[htbp]
	\centering
	\setlength{\tabcolsep}{17mm}{
	
	%\caption{\zihao{5} \bfseries 参数符号说明}
	\label{tab3}%
	
	\begin{tabular}{lc}
	\toprule%标题上线
	参数 &定义 \\ 
	\midrule %标题上线
	$T_1$   & 转换气的进口的温度   \\
	$T_2$   & 转换气出口的温度    \\
	$t_1$   & 进料气的进口的温度   \\
	$t_2$   & 进料气出口的温度    \\
	$\rho_1$   & 转化气在定性温度下的密度   \\
	$\rho_2$   & 进料气在定性温度下的密度    \\
	$\mathcal{C}_{p1}$   & 转化气在定性温度下的比热容  \\
	$\mathcal{C}_{p2}$   & 进料气在定性温度下的比热容  \\
	$\lambda_1$    &转化气在定性温度下的热导率  \\
	$\lambda_2$   & 进料气在定性温度下的热导率  \\
	$\mu_1$     & 转化气在定性温度下的粘度  \\
	$\mu_2$   & 进料气在定性温度下的粘度  \\
	$R_{d1}$     & 转化气在定性温度下的污垢热阻  \\
	$R_{d2}$   & 进料气在定性温度下的污垢热阻  \\
	$Pr_{1}$    & 转换气的普朗克数  \\
	$Pr_{2}$    & 进料气的普朗克数  \\
	$Re_{1}$     & 转换气的雷诺数  \\
	$Re_{2}$   & 进料气的雷诺数  \\
	$u_{1}$     & 转换气的流速  \\
	$u_{2}$   & 进料气的流度  \\
	$\alpha_{1}$     & 管程对流体的传热系数  \\
	$\alpha_{2}$   & 壳程对流体的传热系数 \\
	$A_{0}$     & 估算的传热面积  \\
	$A$     & 传热面积  \\
	$A_{1}$   & 选择的换热器的传热面积  \\
	$K_{0}$     &估算的传热系数   \\
	$K$   &传热系数  \\
	$Q$     & 热负荷  \\
	$L'$   &  估算换热管长度\\
	% $N$     &管总数   \\
	% $t$   & 管中心距 \\
	% $N_{B}$     &折流挡板数   \\
	% $q_{m1}$   &管程的流量  \\
	% $q_{m2}$     &壳程的流量   \\
	$\psi $   &温度矫正系数  \\
	\bottomrule%表格底线
	\end{tabular}%
	}
	 \end{table}%
\newpage

\section{程序代码}
\label{fulu2}
\begin{lstlisting}[language=matlab,escapeinside=``]

	% 换热器的计算

clc
close all
clear
%主要参数
%%物性参数
%1为高温
%2为低温
rou2=23.53;%密度2进料气管程
rou1=10.09;%密度1转化气管程
Cp2=2.585*10^3;%比热容
Cp1=2.648*10^3;
lamt_2=0.048;%导热系数
lamt_1=0.109;
mu_2=1.4*10^-5;%粘度
mu_1=1.93*10^-5;
Rd2=0.0001;%污垢热阻
Rd1=0.000258;
%%
%技术要求
%加热
T1=240;
T2=200;
t1=40;
t2=180;
liuliang=60000;%每小时流量kg/h
qm=liuliang/3600;%每秒流量
K_1=120;%预估传热系数
%热管选型 25x2.5
d1=0.02;
d2=0.025;
b=0.0025;%管壁厚度

dm=0.0225;
lamt=45;%碳钢的热导率
%并流
% Delta_t1=T1-t1;
% Delta_t2=T2-t2;
% Delta_Tm_1=(Delta_t1-Delta_t2)/log(Delta_t1/Delta_t2);
% fprintf('并流对数平均温度差  	Delta_Tm=%3.3f℃\n',Delta_Tm_1);
% if Delta_t1-Delta_t2==0
%     Delta_Tm_1=(Delta_t1+Delta_t2)/2;
% end
% Delta_Tm=Delta_Tm_1;
%逆流
Delta_t1=T1-t2;
Delta_t2=T2-t1;
Delta_Tm2=(Delta_t1-Delta_t2)/log(Delta_t1/Delta_t2);
if Delta_t1-Delta_t2==0
    Delta_Tm2=(Delta_t1+Delta_t2)/2;
end
fprintf('逆流对数平均温度差  	Delta_Tm=%3.3f℃\n',Delta_Tm2);
Delta_Tm=Delta_Tm2;
%%
%计算部分
Q=qm*Cp2*(T1-T2);%热负荷
fprintf('热负荷  	Q=%3.3fW\n',Q);
R=(T1-T2)/(t2-t1);
P=(t2-t1)/(T1-t1);
fprintf('R,P   R=%3.3f,P=%3.3f\n',R,P);
psi=input('请查P158 请输入矫正系数');
Delta_Tm=Delta_Tm*psi;
fprintf('平均温度差   Delta_Tm=%3.3f℃\n',Delta_Tm);
A_1=Q/K_1/Delta_Tm;
fprintf('A估计   A估=%3.3f m^2\n',A_1);
u_1=input('请输入管内流速');
n_1=qm/(rou1*pi/4*d1^2*u_1);
n_1=ceil(n_1) ;%向正无穷取整 
fprintf('估算单程管子根数   n_1=%3.3f根\n',n_1);
L_1=A_1/(pi*d2*n_1);
% a=roundn(L_1,0) ;
fprintf('估算管子长度   管长=%3.3f m\n',L_1);
%%
%选择合适的换热器
l=6;%管长
    N=472;
    cengshu=2;
    n=N/cengshu;%每管程根数
t=0.032;%正方形错列 米
D=0.9;%壳程内径米
h=0.3;%米
Nb=l/h-1;
Nb=roundn(Nb,0) ;
A_2=216;
if 1==input('壳程流体是否被加热 Y/N 1/0')
    Nn=0.3;%管内流体加热为0.3
    chi=1.05;
else
    Nn=0.4;
    chi=0.95;
end

%%
%%校核传热系数
%%%管程
fprintf('计算管程传热系数');
u1=qm/rou1/(pi/4*d1^2*n);
fprintf('管内流速   u1=%3.3f m/s\n',u1);
Re1=d1*u1*rou1/mu_1;
Pr1=Cp1*mu_1/lamt_1;

alpha1=0.023*lamt_1/d1*Re1^0.8*Pr1^Nn;%Nn 加热时取0.3 冷却时取0.4

%%
%%壳程 alpha2
fprintf('计算壳程传热系数');
S=h*D*(1-d2/t);%壳层最大流通面积
qm2=Q/(Cp2*(t2-t1));
fprintf('壳程的流体的流量  qm2=%3.3f \n',qm2);

u2=qm2/(rou2*S);
fprintf('壳程的流体的流速  u_2=%3.3f \n',u2);
de=4*(t^2-pi/4*d2^2)/(pi*d2);%当量直径
Re2=de*rou2*u2/mu_2;
fprintf('请根据Re2 进行查表   Re2=%3.3f \n',Re2);
chabiao=input('对流传热系数计算曲线数值');
Pr2=Cp2*mu_2/lamt_2;

fprintf('普朗克数  Pr2=%3.3f ',Pr2);
alpha2=chabiao*lamt_2/de*Pr2^(1/3)*chi ;

%总传热系数
K=1/(1/alpha2+Rd2+b*d2/(lamt*dm)+Rd1*d2/d1+d2/(alpha1*d1));
fprintf('总传热系数  K=%3.3f ',K);
A=Q/(K* Delta_Tm);

fprintf('换热面积=%3.3f ',A);

fprintf('换热面积比值=%3.3f ',A_2/A);








	\end{lstlisting}
\end{appendices}
\newpage
\section*{评分表}
% Please add the following required packages to your document preamble:
% \usepackage{multirow}
% Please add the following required packages to your document preamble:
% \usepackage{multirow}

\begin{table}[htbp]
\centering
	\begin{tabular}{|l|l|l|l|}
	\hline
	\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}评定\\    \\ 指标\end{tabular}                     & 指标内容                                                                                   & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}分值\\    \\ （分）\end{tabular} & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}设计\\    \\ 得分\end{tabular} \\ \hline
	\multirow{2}{*}{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}平时\\ 考核  \\ 20\%\end{tabular}} & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}设计态度认真，遵守纪律，勤学好问，\\ 不断完善并按时上交资料\end{tabular}                & 11-20                                                  & \multirow{2}{*}{}                                     \\ \cline{2-3}
																			  & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}学习态度尚好，基本能遵守纪律，\\ 偶有请假现象，按时上交资料\end{tabular}                & 0-10                                                   &                                                       \\ \hline
	\multirow{2}{*}{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}设计\\ 过程\\ 20\%\end{tabular}}   & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}设计方案可行，对课题有较深的分析，\\ 计算详细，独立工作能力强，综合运用知识能力强\end{tabular}     & 11-20                                                  & \multirow{2}{*}{}                                     \\ \cline{2-3}
																			  & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}设计方案可行，对课题有正确的分析，计算简单，\\ 有一定的独立工作能力，综合运用知识能力较强\end{tabular} & 0-10                                                   &                                                       \\ \hline
	\multirow{3}{*}{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}设计说明书\\ 40\%\end{tabular}}     & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}说明书条理清晰，内容详细，图表完备，格式规范，\\ 有较高的质量\end{tabular}               & 30-40                                                  & \multirow{3}{*}{}                                     \\ \cline{2-3}
																			  & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}说明书条理清晰，内容基本详细，图表比较完备，\\ 格式比较规范，质量较好\end{tabular}           & 16-29                                                  &                                                       \\ \cline{2-3}
																			  & \begin{tabular}[c]{@{}l@{}}说明书内容有欠缺，图表不规范，格式不规范，\\ 设计潦草简化\end{tabular}                 & 0-15                                                   &                                                       \\ \hline
	\multirow{2}{*}{设计图纸20\%}                                                 & 图面清晰，比例正确，结构表达清楚，尺寸与计算相符                                                               & 11-20                                                  & \multirow{2}{*}{}                                     \\ \cline{2-3}
																			  & 缺少部分结构，尺寸与计算不符                                                                         & 0-10                                                   &                                                       \\ \hline
	\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}总计\\    \\ 得分\end{tabular}                     & \multicolumn{3}{l|}{}                                                                                                                                                                                   \\ \hline
	\end{tabular}
	\end{table}
	
\end{document}